يتم توفير جهاز اتصال لا مركزي يسهل تحديد المواقع والتوجيه الأمثل لهوائي واحد أو أكثر من أجل الاتصال اللاسلكي بالأجهزة الخارجية، كما يشتمل جهاز الاتصال اللامركزي على مكون رئيسي واحد أو أكثر ومكون تابع واحد أو أكثر، والمكونان الرئيسي والفرعي منفصلان مكانياً ويتواصلان لاسلكياً.
أساسيات نظام الاتصالات الموزعة
يعمل الجهاز الفرعي كمترجم تردد ناقل بين الجهاز الرئيسي وجهاز لاسلكي خارجي، حيث يتصل بالجهاز الخارجي باستخدام تردد أول، ويتواصل مع الرئيسي باستخدام تردد ثانٍ يختلف عن التردد الأول ويكون للرقيق معظم أو كل الطبقة المادية للقيام بالتشفير الرقمي، والتشكيل الرقمي وتأطير البيانات وتنسيق البيانات وحزم البيانات للتواصل مع جهاز خارجي، وفي هذه الحالة يتم توزيع الترميز الرقمي والتشكيل الرقمي بين الرئيسي والرئيسي.
تشتمل أجهزة الاتصال المركزية عادةً على النطاق الأساسي ومودم الراديو والواجهة الأمامية للراديو، كما يقوم المودم بتعديل وإزالة تشكيل إشارات الموجة الحاملة؛ لتشفير وفك تشفير المعلومات المرسلة والمستقبلة، وتشتمل الواجهة الأمامية على مضخم طاقة لتضخيم الإشارة التي يتم إرسالها والمضخم التشغيل منخفض الضوضاء لتضخيم الإشارات المستقبل، ووقت أو تردد مزدوج وهوائي لإرسال واستقبال الإشارات من أو إلى الأجهزة الخارجية.
في النظام المركزي يكون المودم الراديوي والواجهة الأمامية للراديو معاً مادياً وغالباً على شكل شريحة دارة متكاملة واحدة أو عدة شرائح مثبتة على لوحات الدوائر، والتي لا يمكن أن تتحرك ضد بعضها البعض وتتطلب العديد من التطبيقات المرونة في تغيير موضع أو اتجاه الهوائيات.
ومع ذلك في جهاز الاتصال المركزي يتم تثبيت المواضع على شريحة متكاملة أو لوحة دائرة كهربائية ولا توجد مرونة في تغيير الموضع، وهذا يحد من تحديد الموقع والاتجاه الأمثل للهوائي ممّا يؤدي بدوره إلى انخفاض الحساسية وانخفاض أداء النظام، كما يشتمل الجهاز الفرعي على هوائيات للتواصل مع الأجهزة الخارجية بالإضافة إلى واجهة أمامية لإرسال الإشارات واستقبال الإشارات من الهوائيات.
مبدأ عمل نظام الاتصالات الموزعة
تشتمل الواجهة الأمامية على وحدة إرسال مزدوجة للوقت أو التردد ومضخم طاقة واحد أو أكثر لتضخيم الإشارات التي يتم إرسالها إلى الهوائيات، وواحد أو أكثر من مضخمات الضوضاء المنخفضة لتضخيم الإشارات المستلمة من الهوائيات، ويتضمن الفرعي أيضاً واحداً أو أكثر من الهوائيات الأصغر للتواصل لاسلكياً مع الرئيسي.
يشتمل البرنامج الرئيسي على وحدة نطاق أساسي رقمي ومودم راديو، ويستقبل النطاق الأساسي الرقمي بتات من البيانات الرقمية، ويقوم بالتشكيل الرقمي على البيانات ويرسل الإشارة الرقمية إلى المودم الراديوي، كما يقوم المودم الراديوي في بعض النماذج بتحويل الإشارة الرقمية إلى إشارة تماثلية ويقوم بالترشيح والتحكم في الكسب، ويحول تردد الموجة الحاملة لأعلى.
يرسل مودم الراديو الإشارة المشفرة إلى واجهة أمامية مخصصة لواحد أو أكثر من الهوائيات الصغيرة التي تُستخدم للتواصل لاسلكياً مع الهوائيات الصغيرة التابعة للنوع، ويقوم المودم الراديوي أيضاً بتحويل الإشارات المستلمة من تردد الموجة الحاملة إلى الأسفل، ويقوم بإجراء تحويل تماثلي إلى رقمي وإرسال المعلومات إلى وحدة النطاق الأساسي للمعالجة.
يتيح وضع الهوائيات الكبيرة المطلوبة للتواصل مع الأجهزة الخارجية في التابع المنفصل فعلياً عن الجهاز الرئيسي، ووضع الهوائيات التابعة في مواقع أكثر مثالية وتوجيهات أكثر مثالية لتحقيق حساسية وأداء وتنوع محسنين، كما يتم تضمين جهاز رئيسي واحد أو أكثر وفرعي واحد أو أكثر في جهاز إلكتروني مثل التلفاز أو الكمبيوتر أو الكمبيوتر المحمول أو جهاز الألعاب لاستخدام الرئيس للتواصل لاسلكياً مع الأجهزة الخارجية عن طريق باستخدام الفروع كوسطاء.
كما يتم تنفيذ اتصال لاسلكي متعدد المدخلات “MIMO” بين الرئيس والنوع أو بين الفرع والأجهزة الخارجية لتحسين أداء النظام، وتتمثل إحدى مزايا هذه الطريقة في أنّه من خلال فصل الواجهة الأمامية عن الرئيسية يمكن وضع الهوائيات المتعددة للنوع بعيداً عن بعضها البعض، وبالتالي توفر تنوعاً أفضل للهوائي نظراً لأنّ الهوائيات ستختبر خصائص تعدد مسارات وخبو مختلفة.
المسافة الأكبر بين هوائيات الفروع تعني تداخلاً أقل بين الهوائيات، وتستخدم أنظمة “MIMO “اللاسلكية تشفيراً متنوعاً لتحسين أداء النظام، ومع التشفير المتنوع تُشفَّر الإشارة باستخدام طرق تشفير الزمان والمكان، وتستغل طرق التشفير هذه خصائص الخبو المستقل لمسيرات إشارات الهوائيات المتعددة، كما توفر أنظمة “MIMO” تعدد إرسال مكاني، حيث يتم تقسيم الإشارة إلى عدة تدفقات ذات معدل منخفض ويتم إرسال كل تيار من هوائي إرسال مختلف في نفس قناة التردد.
- “MIMO” هي اختصار لـ “Multiple-Input Multiple-Output”.
تطور عمل نظام الاتصالات الموزعة
يزيد تعدد الإرسال المكاني من سعة القناة عند ارتفاع نسب الإشارة إلى الضوضاء “SNR“، ويشتمل الجهاز الفرعي على هوائيات للتواصل مع الأجهزة الخارجية، بالإضافة إلى واجهة أمامية لإرسال الإشارات واستقبال الإشارات من الهوائيات، كما تشتمل الواجهة الأمامية على وحدة إرسال مزدوجة للوقت أو التردد ومضخم طاقة واحد أو أكثر لتضخيم الإشارات التي يتم إرسالها إلى الهوائيات، وواحد أو أكثر من مضخمات الضوضاء المنخفضة لتضخيم الإشارات المستلمة من الهوائيات.
يحتوي نظام الراديو على مصدر طاقة لجميع مكوناته، حيث أثناء الإرسال يستقبل النطاق الأساسي الرقمي للنظام بتات من البيانات من الذاكرة ، ومعالج الإشارة الرقمية “DSP” أو المعالج ثم يقوم النطاق الأساسي الرقمي بتنفيذ التشفير الرقمي لتقليل التكرار وإنشاء الرموز، كما أنّه يقوم بالتعديل الرقمي والوظائف الإضافية التي يؤديها النطاق الأساسي هي تنسيق البيانات وتأطيرها لمعيار معين، مثل “802.11” وحزم البيانات.
يتم بعد ذلك تغذية الإشارات المشكلة بالنطاق الأساسي إلى جهاز الإرسال (Tx)، وقد يقوم المرسل أيضاً بإجراء بعض التشفير والتشكيل الرقمي، قبل استخدام المحول الرقمي إلى التماثلي “DAC” للتحويل التماثلي للإشارة، وبالتالي يتم تنفيذ التشفير والتشكيل الرقمي بواسطة النطاق الأساسي وجهاز الإرسال.
ويمكن أن يختلف تقسيم هذه العمليات الرقمية من نظام إلى آخر، من أمثلة التشفير التشفير التلافيفي والتشفير “Vitterbi”، وبعض الأمثلة على تقنيات التعديل الرقمي هي تربيع طور التحول “Keying (QPSK)” وتغيير التردد “FSK” و”ASK” و”QAM“، ويقوم جهاز الإرسال أيضاً بالترشيح والتحكم قبل تغذية الإشارة في خلاط المحول الأعلى، ويتم استخدام ساعة ومُركب حلقة قفل الطور (PLL) لتوليد تردد ناقل إرسال “RF” والذي يتم مزجه مع إشارة جهاز الإرسال لتوليد إشارة حاملة “RF” معدلة بتردد قدم.
يتم بعد ذلك تضخيم هذه الإشارة بواسطة مضخم الطاقة (PA) وتغذيتها إلى تردد أو جهاز إرسال مزدوج للوقت، ويربط جهاز الإرسال المزدوج إشارة ناتج “PA” بهوائي أثناء الإرسال بحيث يشع الهوائي إشارة “RF” المشكّلة عبر موجات الهواء إلى جهاز استقبال، مثل الجهاز الخارجي أو مجموعة من أجهزة الاستقبال.
في مسار الإرسال يتم تحويل تردد النطاق الأساسي وعلى سبيل المثال التردد إلى أعلى بواسطة الخلاطات إلى تردد الموجة الحاملة، أو يتم تحويل تردد النطاق الأساسي بواسطة المرسل إلى تردد وسيط ثم التردد المتوسط يتم تحويلها بواسطة الخلاطات إلى تردد الموجة الحاملة.
- “ASK” هي اختصار لـ “Amplitude-Shift-Keying” و”FSK” هي اختصار لـ “Frequency-shift-keying”.
- “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature-Amplitude-Modulation” و”DAC” هي اختصار لـ “Digital-to-analog-converter”.
- “PA” هي اختصار لـ “power-amplifier” و”PLL” هي اختصار لـ “Phase-locked-loop”.
- “QPSK” هي اختصار لـ “Quadrature-Phase-Shift-Keying” و”RF” هي اختصار لـ “Radio-frequency”.
- “SNR” هي اختصار لـ “Signal-to-noise-ratio” و”Tx” هي اختصار لـ “transmit”.
